某延遲焦化裝置大油氣線的管道設(shè)計(jì)

李永勤中石化洛陽(yáng)工程有限公司 洛陽(yáng)471003

延遲焦化是通過(guò)熱裂化將石油渣油轉(zhuǎn)化為液體和氣體產(chǎn)品，同時(shí)生成濃縮的固體碳材料——石油焦。在該過(guò)程中渣油快速流過(guò)加熱爐的爐管，加熱到反應(yīng)所需的溫度500～505℃，再進(jìn)入焦炭塔，在焦炭塔里靠自身帶入的熱量進(jìn)行裂化、縮合等反應(yīng)。熱渣油在爐管里雖然已達(dá)到反應(yīng)的溫度，但由于渣油的流速快，停留時(shí)間短，裂化反應(yīng)和縮合反應(yīng)來(lái)不及發(fā)生就離開(kāi)了加熱爐，所以反應(yīng)推遲到焦炭塔里進(jìn)行，因此叫延遲焦化。

焦炭塔與焦化分餾塔之間的油氣管道習(xí)慣上稱為“大油氣線”，見(jiàn)圖1。在延遲焦化裝置中，大油氣線的管道設(shè)計(jì)非常重要。本文對(duì)延遲焦化裝置大油氣線管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行分析論述。

圖1 大油氣線示意圖

1 平面布置與大油氣線的管道設(shè)計(jì)

延遲焦化裝置的平面布置設(shè)計(jì)，要結(jié)合地形實(shí)際情況，處理好焦化爐、焦炭塔與焦化分餾塔三者的位置關(guān)系，在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160－2008的前提下，三者布置盡可能緊湊。管道設(shè)計(jì)盡可能縮短大油氣線的長(zhǎng)度，減少壓降，避免管道結(jié)焦和節(jié)約工程投資，同時(shí)要考慮管道的熱補(bǔ)償要求，減少管道對(duì)設(shè)備管嘴的推力，避免法蘭泄漏。所以布置時(shí)焦化爐與焦炭塔盡可能靠近布置;焦炭塔與焦化分餾塔也應(yīng)盡量靠近布置，但應(yīng)與消防、檢修和配管統(tǒng)籌考慮，同時(shí)考慮安全生產(chǎn)、長(zhǎng)期穩(wěn)定操作等要求?，F(xiàn)場(chǎng)大油氣管線實(shí)際走向見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)大油氣管線實(shí)際走向

2 大油氣線的材料選用

2.1 影響材料選用的因素

管道材料的選用必須依據(jù)管道的使用條件(設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、流體類(lèi)別)、經(jīng)濟(jì)合理性、耐腐蝕能力、材料的焊接及加工性能，同時(shí)應(yīng)符合規(guī)范提出的材料韌性要求及其他規(guī)定。

某公司乙烯原料工程工藝聯(lián)合裝置1200kt/a延遲焦化裝置加工的減壓渣油硫含量和環(huán)烷酸含量較高，在材料選用時(shí)，對(duì)硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕還需參考《加工高硫原油重點(diǎn)裝置主要管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》SH/T 3129－2002適當(dāng)加以考慮。此外，由于延遲焦化工藝屬于熱加工工藝，焦炭塔頂大油氣線的操作溫度在350℃以上。因此，高溫是影響大油氣線管道材料選用的另一個(gè)重要因素。

由于碳素鋼在425℃左右會(huì)引起石墨化現(xiàn)象，致使強(qiáng)度下降， 《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選材通用》SH 3059－2001中規(guī)定10#、20#鋼的上限使用溫度為425℃，日本規(guī)定更為嚴(yán)格，上限使用溫度為350℃。鉻鉬鋼由于添加了合金因素Cr、Mo，阻止了碳化物的分解，提高了碳化物的熱穩(wěn)定性，從而提高了鋼材的高溫強(qiáng)度、耐氧化性、抗氫腐蝕及抗高溫硫腐蝕能力，其上限使用溫度可達(dá)600℃。

2.2 材料選用方案

加工高硫原油對(duì)設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重，且操作溫度較高，一般設(shè)計(jì)溫度大于425℃。按照規(guī)范的要求以及對(duì)國(guó)內(nèi)外加工高硫原油延遲焦化裝置選材的情況調(diào)查，該管系的材料應(yīng)當(dāng)選用:①管道和管件為1Cr5Mo合金鋼;②閥門(mén)最好選用高溫耐磨進(jìn)口球閥，以防止焦炭粉造成閥門(mén)失靈。因?yàn)樵撻y門(mén)操作頻繁，在投資和其他條件允許的情況下，最好采用電動(dòng)程控執(zhí)行機(jī)構(gòu)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和提高閥門(mén)的安全性;③保溫材料最好選用導(dǎo)熱系數(shù)小、耐高溫的硅酸鹽制品，減少熱損失和延長(zhǎng)使用壽命。

3 大油氣線管道的設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析

為保證裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，必須將管道的布置和應(yīng)力分析緊密結(jié)合起來(lái)考慮，使管系滿足應(yīng)力分析的要求，為安全操作提供基本保證。延遲焦化裝置的大油氣線越短、越直，越有利于減少管道壓降和防止管內(nèi)結(jié)焦，但該管系應(yīng)當(dāng)滿足應(yīng)力要求。某焦化大油氣線管道應(yīng)力分析后管線布置圖見(jiàn)圖3。

在應(yīng)力分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意A、B兩塔是間歇操作這一情況以及工況的選擇，如:預(yù)熱甩油工況、生焦工況、吹汽放空工況和冷焦工況以及與另外一個(gè)塔所處工況的匹配情況等，具體工況組合見(jiàn)表1。只有通過(guò)全面分析、綜合判斷，才能保證應(yīng)力計(jì)算結(jié)果真實(shí)可信，為管系的支吊架設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

圖3 某焦化大油氣線管道應(yīng)力分析后管線布置圖

4 大油氣線的支吊架設(shè)計(jì)

管道支吊架設(shè)計(jì)是管道設(shè)計(jì)的重要組成部分。管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將管系具有間歇操作特點(diǎn)和支架的生根形式以及應(yīng)力分析結(jié)果結(jié)合起來(lái)進(jìn)行考慮，確定支架的形式，按照應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行支架設(shè)計(jì)。

以某公司乙烯原料工程工藝聯(lián)合裝置1200kt/a延遲焦化裝置為例，其大油氣線操作溫度為415℃，操作壓力為0.6MPa，管道規(guī)格為Φ508×15mm，材質(zhì)為1Cr5Mo合金鋼，保溫厚度為120mm的防水型硅酸鋁制品。由于焦炭塔塔高、熱位移量大，而彈簧的生根部位又在焦化框架上EL+51100處，在第“1”點(diǎn)，其相對(duì)位移理論值為212 mm，在塔頂采用恒力彈簧支架，彈簧選用250 mm。在第“2”點(diǎn)，彈簧生根部位仍在焦化框架上EL+46600處，其相對(duì)位移理論值為183 mm，采用恒力彈簧支架，彈簧選用224 mm。在第“3”

點(diǎn)，在EL+40800層為剛性導(dǎo)向支架。在第“4”點(diǎn)，彈簧生根部位仍在焦化框架上EL+37600處，其相對(duì)位移理論值為112mm，采用恒力彈簧支架，彈簧選用140 mm。在第“5”點(diǎn)，彈簧生根部位仍在焦化框架上EL+27900處，其相對(duì)位移理論值為55 mm，采用恒力彈簧支架，彈簧選用80 mm。在第“6”點(diǎn)和第“8”點(diǎn)，在EL+17900層為剛性支架。在第“7”點(diǎn)，在EL+17900層為剛性支架，并在四周限位。在第“9”點(diǎn)至“14”點(diǎn)處設(shè)滑動(dòng)管托。在第“15”點(diǎn)處，其生根在爐前副管橋，相對(duì)位移理論值為22 mm，采用可變彈簧支架。

5 操作檢修措施

(1)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到該管系容易結(jié)焦、操作頻繁的特殊性，在經(jīng)常操作的地方應(yīng)設(shè)置操作平臺(tái)和檢修平臺(tái)，同時(shí)根據(jù)需要，在閥門(mén)上配置風(fēng)氣動(dòng)裝置，以方便操作和減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在管道上適當(dāng)設(shè)置一些法蘭，以便檢修時(shí)拆卸，并在容易結(jié)焦的部位設(shè)置清焦法蘭口和法蘭蓋，便于在線清焦時(shí)使用;在焦炭塔頂管道的彎頭處應(yīng)當(dāng)設(shè)置彎頭吊裝鉤，以便清焦時(shí)拆卸和吊裝。

6 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行平面布置和管道設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到延遲焦化裝置的大油氣線管道高溫、易結(jié)焦和間歇操作的特點(diǎn)，并進(jìn)行應(yīng)力分析，做到既滿足工藝要求，又能“長(zhǎng)、安、穩(wěn)”運(yùn)轉(zhuǎn)，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 GB 50160－2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

2 煉油工業(yè)技術(shù)知識(shí)叢書(shū)，中國(guó)石化出版社，2007.